آنالیز TEM یا میکروسکوپ الکترونی عبور، اولین نوع الکترون هایی که از آنها برای تصویربرداری الکترونی استفاده شد، الکترون های عبوری از نمونه بودند که بر اساس آن میکروسکوپ های الکترونی عبوری TEM ساخته شد. امروزه بهترین میکروسکوپ های TEM می توانند تصاویری با حداقل بزرگنمایی ۲۰۰۰ تا بیشینه بزرگنمایی ۵۰ میلیون و تفکیک pm ۵۰ ارائه کنند. بنابراین این نوع میکروسکوپ ها یکی از بهترین انتخاب ها برای مطالعه ریزساختار انواع مواد، به ویژه نانومواد مختلف به شمار می روند.
برای درک بهتر عملکرد این میکروسکوپ ها ابتدا باید بر همکنش الکترون های عبوری و نمونه را درک کرد. زیرا نوع الکترون های برهمکنش کرده و نحوه آشکارسازی آنها مشخص کننده روش تصویربرداری محسوب می شود. سه دسته الکترون در میکروسکوپ های TEM وجود دارد. الکتورن های بدون انحراف، با انحراف کم و با انحراف زیاد. سنتی ترین آشکارساز الکترون های TEM استفاده از یک صفحه دیدفسفری است. برخورد الکترون ها به صفحه منجر به روشن شدن آن می شود. که شدت روشنایی با تعداد الکترون ها نسبت دارد. در مقابل، نبود الکترون منجر به تاریک شدن آن می شود.
الکترون های عبوری از نمونه را بر اساس زاویه انحرافشان نسبت به راستای الکترون فرودی دسته بندی می شود. اگر الکترون های عبوری از نمونه انحرافی کمتر از ۰/۵۷۳ درجه باشد، بدون انحراف در نظر گرفته می شود. اگر انحراف بین این درجه و ۲/۸۶۵ درجه باشد، انحراف کم در نظر گرفته می شود. بالاتر از این زاویه انحراف بالا می باشد. هر کدام از این الکترون ها آشکارسازهای خاص خود را دارند. آشکارساز الکترون های بدون انحراف را آشکارساز میدان روشن (BF)، آشکارساز الکترون های با انجراف زیاد را میدان تاریک حلقوی زاویه بالا می نامند.
ساختار و اجزای میکروسکوپ های TEM
در انواع میکروسکوپ های TEM، تفنگ الکترونی در بالا قرار می گیرد و سایر اجزا در راستای پرتوی الکتورنی نصب می شود. اجزای دستگاه در شکل نشان داده شده است. به این ساختار ستون الکترونی می گویند. امروزه این میکروسکوپ ها دارای اجزای متنوع و پیجیده ای هستند که نتیجه آن دستیابی به بزرگنمایی های بسیار بالا و قدرت تفکیک اتمی شده است. هنگام کار باید کل ستون خلاء باشد. میزان این خلاء به نوع تفنگ الکتورنی بستگی دارد. به طور معمول تفنگ الکترونی باریکه الکترونی را با اختلاف پتانسیلی در محدوده ۸۰ تا ۳۰۰kv شتاب می دهد. اگر نمونه مورد مطالعه از عناصر سبک تشکیل شده باشد یا حساسیت بالایی به پرتو الکترونی داشته باشد، باید از اختلاف پتانسیل های کمتر از ۱۰۰kv استفاده کرد. اگرچه استفاده از اختلاف پتانسیل های کم موجب افزایش طول موج الکترون و کاهش کیفیت تصویر می شود. عدسی های همگراکننده با کاهش قطر پرتوی الکترونی آنها را همگرا و بر روی نمونه متمرکز می کند. روزنه همگرا کننده نیز بخشی از پرتوی الکترونی را که در عدسی همگرا کننده اول همگرا نشده است را حذف می کند. پرتوی الکترونی پس از برهمکنش با نمونه و عبور از آن، توسط عدسی شیئی همگرا می شود و تصویر اولیه از نمونه شکل می گیرد. در ادامه روزنه شیئی بخشی از الکترون های عبوری را، بسته به نوع تصویر نهایی و با انتخاب کاربر حذف می کند. درنهایت پرتوی عبوری به عدسی های تصویر ساز می رسد و این عدسی ها تصویر بزرگنمایی شده نهایی را به آشکارسازها می رسانند. آشکارسازها نیز، داده های به دست آمده را برای ایجاد تصویرنهایی به سیستم کامپیوتری ارسال می کنند.
حالت های تصویر برداری میکروسکوپ های TEM
در ابتدا ترکیبی از هر سه دسته الکترون شرح داده شده به صفحه دید می رسد. تداخل این الکترون ها باعث ایجاد یک تصویر مبهم می شود. از این رو روزنه شیئی این پرتوها را تفکیک می کند. به صورت کلی دو حالت تصویر برداری صورت می گیرد:
۱- تصویر میدان روشن
۲- تصویر میدان تاریک
اگر روزنه شیئی از رسیدن الکترون ها منحرف شده به صفحه دید و آشکارسازی جلوگیری کند، تصویری ایجاد می شود که زمینه آن روشن است و اجزایی از نمونه که موجب انحراف و پراکندگی الکترون ها شد هاند در تصویر تاریک دیده می شود. چنین تصویری تصویر میدان روشن است. همچنین دلیل تاریک دیده شدن بخش هایی از نمونه ممانعت از عبور بدون انحراف الکترون از این نواحی است. نمونه ممکن است در این بخش ها ضخامت یا چگالی بالایی داشته باشد. اگر روزنه شیئی مسیر عبور الکترون های منحرف نشده را مسدود کند و اجازه دهد الکترون های با انحراف کم به صفحه دید و آشکارساز برسد، تصویر ایحاد شده دارای زمینه تاریک است و اجزایی از نمونه که موجب پراکندگی و انحراف الکترون ها شده اند، روشن دیده می شوند. این نوع تصاویر، تصاویر میدان تاریک نامیده می شوند.